土默川平原灌区不同耕作措施土壤生物学特性研究

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kuangyunlo
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针对土默川平原灌区耕层浅,犁底层厚、土壤肥力低的现实问题,开展免耕(NT)、深翻(DP)、深松(SS)、条深旋(SC)、免耕覆盖秸秆还田(NTR)、深翻粉碎秸秆还田(DPR)、深松混耙秸秆还田(SSR)、推茬清垄条深旋(SCR)和农户浅旋(CK)长期定位试验,通过测定和分析各耕作方式下的土壤酶活性、土壤微生物数量、微生物量碳、氮和微生物群落组成结构,从土壤微生物角度阐明不同耕作措施土壤微生物群落结构组成和差异,明确土壤生物群落特征与其土壤理化特性的相互关系,研究结果为当地采取适宜的耕作措施提供技术支撑。试验结果如下:(1)不同耕作措施可显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、蛋白酶、纤维素酶、土壤细菌、真菌、放线菌数量和土壤微生物量碳氮,分别较农户浅旋增加7.47%~28.57%、10.05%~87.85%、10.08%~39.56%、8.00%~53.71%、12.05%~45.83%、1.73%~33.81%、14.66%~75.42%、19.96%~57.91%、14.07%~81.58%和1.64%~17.74%、3.21%~52.16%。且各秸秆还田(NTR、DPR、SSR、SCR)处理增加幅度大于无秸秆还田(NT、DP、SS、SC)处理,其中DPR、SSR增加效果最为明显,其土壤酶活性综合指数分别提高43.7%和49.5%,土壤细菌、真菌、放线菌数量和微生物量碳、氮分别提高了45.99%、75.42%,50.49%、57.91%,59.33%、81.58%和17.74%、16.54%,20.63%、52.16%。(2)各秸秆还田耕作措施提高了细菌和真菌群落Alpha多样性,以SSR处理最高。秸秆还田耕作措施通过增加土壤含水量、有机质等速效养分含量提高了Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)、Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)和Basidiomycota(担子菌门)、Mortierellomycota(被孢霉门)等富营养细菌和真菌或有益物种的相对丰度,降低了Chloroflexi(绿弯菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)、Planctomycetes(浮霉菌门)和Ascomycota(子囊菌门)等贫营养细菌和真菌的丰度。其中,Planctomycetes(浮霉菌门)和Basidiomycota(担子菌门)菌的增幅最大,分别为220.00%和78.69%;Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)和Mortierellomycota菌的降幅最大。分别为73.91%和293.20%。SSR处理的细菌优势菌属Actinobacteriota(放线菌门)的Arthrobacter(节杆菌门)属,优势真菌为Ascomycota(子囊菌门)的Alternaria(链格孢菌属)属。(3)基于随机矩阵理论(random matrix theory-RMT)构建秸秆还田和无秸秆还田下细菌和真菌的分子生态网络。结果表明,无秸秆还田下细菌和秸秆还田下真菌的平均聚集系数最大,表明无秸秆还田细菌和秸秆还田真菌OTU间的聚集程度多,网络结构易受外界环境的扰动。而细菌的平均路径长度最小,模块性最好,表明其全局特征越明显,具有独立的模块结构。秸秆还田(NTR、DPR、SSR、SCR)较无秸秆还田(NT、DP、SS、SC)提高了Cyanobacteria、Patescibacteria、Myxococcota、Ascomycota(子囊菌门)和Basidiomycota(担子菌门)等门水平关键物种。(4)秸秆还田明显提高了土壤质量生物学指数,具体表现为SSR>DPR>SS>DP>NTR>SCR>NT>SC>CK。通过土壤生物学指数与产量的线性关系可知,当土壤生物学指数低于0.620时,土壤生物学指数与产量呈线性增加,生物学指数每增加0.1,产量增加0.407t/hm2,生物学指数高于0.620时,产量为13.395t/hm2。(5)总之,各秸秆还田耕作措施显著影响土壤细菌和真菌群落结构多样性及菌种组成,秸秆还田耕作措施使土壤细菌和真菌的生态网络趋于复杂化,通过不同秸秆还田耕作措施土壤细菌和真菌群落结构与土壤理化特性间的关系进一步明确秸秆还田耕作措施能够促进富营养型菌群的积累,进而提高土壤酶活性、酶活性综合指数、微生物数量和微生物量碳、氮含量,从而改善土壤理化特性、提升土壤肥力并增加产量。
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